초록 ▼

3. 개발결과 요약

최종목표
□ 하이브리드 3차원 이종 금속 적층제조 기술을 이용한 인장강도 1,500 MPa급 차체부품의 저비용, 고효율 전단 및 핫스탬핑 금형 상용화 기술 개발
〇 금속 적층제조기술을 적용한 1,500 MPa급 차체부품의 금형제작 및 상용화 기술개발
〇 고신뢰성 전단금형 제작을 위한 3차원 적층 공정기술 개발
〇 고효율성 핫스탬핑 금형 제작을 위한 3차원 적층 공정기술 개발
〇 국부다중물성 고기능성 금형제조에 활용 가능한 금속분말 최적화 기술
〇 금형 맞춤형 헤드

3. 개발결과 요약

최종목표
□ 하이브리드 3차원 이종 금속 적층제조 기술을 이용한 인장강도 1,500 MPa급 차체부품의 저비용, 고효율 전단 및 핫스탬핑 금형 상용화 기술 개발
〇 금속 적층제조기술을 적용한 1,500 MPa급 차체부품의 금형제작 및 상용화 기술개발
〇 고신뢰성 전단금형 제작을 위한 3차원 적층 공정기술 개발
〇 고효율성 핫스탬핑 금형 제작을 위한 3차원 적층 공정기술 개발
〇 국부다중물성 고기능성 금형제조에 활용 가능한 금속분말 최적화 기술
〇 금형 맞춤형 헤드 틸팅 기능의 동시 5축 대형 3D프린팅 장비 및 제어 기술 개발
〇 적층제조기술 적용 하이브리드 금형의 수명평가 및 생산성 향상 기술

개발내용 및 결과
〇 금속 적층제조기술을 적용한 1,500 MPa급 차체부품의 금형제작 및 상용화 기술개발
- 1,500 MPa급 핫스탬핑 부품의 전단금형 제작 상용화 기술개발: 주관기관 양산 적용 검증: 수명 6만타 및 생산속도 6sec/1대
- 3차원 자유형상의 냉각채널이 적용된 핫스탬핑 금형 기술개발: 적층 제조 적용 양산 타입 축소금형 제작: 20sec 냉각속도, 0.5mm이내 제품 치수정밀도 및 1500MPa이상 제품 강도 확보
〇 고신뢰성 전단금형 제작을 위한 3차원 적층 공정기술 개발
- 주요 금형 소재별 벌크소재 특성 연구 및 D/B구축: 후보소재 별 최적 공정조건 수립 및 물성 data (인장, 접합, 충격, 경도, 마모 등) 확보
- 전단스틸 제작용 금속분말 대상소재 적층제조 공정조건 최적화기술 확보: 전단스틸 제작용 금속분말 대상소재 3종(M2, G6, F55) 적층제조 공정 조건 D/B 구축, 최종선정 소재 요구물성 만족 적층공정 방안 확보 (58HRC 이상)
〇 고효율성 핫스탬핑 금형 제작을 위한 3차원 적층 공정기술 개발
- 적층제조 기술을 이용한 핫스탬핑 전단 및 성형금형 제작표준 D/B 구축: 금형 형상과 기능성을 고려한 최적 공정설계 표준 매뉴얼화 수립
〇 국부다중물성 고기능성 금형제조에 활용 가능한 금속분말 최적화 기술
- 전단금형 제작용 금속분말 선정 및 개선: 전단금형 제작용 금속분말 2 종(HWS, Heatvar) 선정 및 신규 금속분말 1종 개발
- 핫스탬핑 성형용 금형 기능부 제작용 금속분말 선정 및 개선: 핫스탬핑 성형용 금형 기능부 제작용 금속분말 2종 선정
〇 금형 맞춤형 헤드 틸팅 기능의 동시 5축 대형 3D프린팅 장비 및 제어 기술 개발
- 금형 적층 제작용 3D프린팅 장비 셋업: 상용화 타겟형 금형 제작 전문 적층 3D프린팅 장비 구축 완료
- 금형 적층용 고효율 레이저 헤드 및 노즐 개발: 금형 제작용 레이저 광학헤드 최적 설계/제작, 2 type 노즐 개발 완료 (Coaxial, 4-jet type)
- 고품질 적층공정 제어 기술 및 S/W 기술 고도화 금형제작용 CAM S/W 기술 고도화 및 HM 기술 개발 완료
- 고신뢰성 금형 제작용 적층 공정 기술 최적화: 전단금형 기능부 고경도 이종소재 적층기술 확보 및 성형금형 confoiml 냉각채널 구현 기술 확보 및 실증 완료
〇 적층제조기술 적용 하이브리드 금형의 수명평가 및 생산성 향상 기술

기술개발 배경
〇 자동차 경량화 요구에 따른 차체 부품 핫스탬핑 적용에 따른 금형 기술 요구
〇 고기능성 금형제작을 위한 기존 금형강의 형상자유도, 비용 문제
- 일반적으로 대형 핫스탬핑 부품을 전단금형에 의해 작업할 경우 소요되는 시간은 10초 이내의 짧은 시간이 소요되는 반면, 레이저 가공에 의한 전단 작업 시 소요되는 시간은 20~30초 수준으로 전단금형 작업을 통한 제조 방식이 생산성 향상 및 제조원가 경쟁력 확보에 훨씬 유리함
- 일부 선진 금형 업체와 특수강 제조업체에서는 핫스탬핑 부품의 전단 금형 기반의 제조 상용화 기술에 대해 20여 년이 넘는 오랜 시간동안 연구해왔으나, 짧은 수명과 높은 제조 비용 등으로 상용화에는 한계를 가짐
- 본 연구에서는 이종소재 적층제조 기술을 이용한 인장강도 1,500 MPa 급 핫스탬핑 부품의 저비용, 고내구성 전단금형 제조기술 개발로, 기존대비 생산성 향상, 금형 및 부품 제조비용 경쟁력을 기반으로 자동차 산업을 선도할 수 있음

핵심개발 기술의 의의
□ 핵심개발 기술
〇 금속 적층제조기술 적용 금형 제작 및 금형공정 기술
〇 금형 제작용 적층 공정기술 및 장비기술
- 1500MPa급 차체부품을 금형을 통한 전단공정으로 제조하는 기업은 없으며 레이저 절단으로 이루어지고 있음. 이를 전단금형 적용을 통한 전단 수명극대화 달성시 국내 최초 기술이며, 사업화 및 원가절감 효과도 높음. 하지만 기존 금형강 적용시 고가의 소재 적용이 유추되어 비용상승이 따름. 이를 적층제조 적용을 통한 소재비 절감과 형상자유도를 확보하는 것이 본 연구의 최종목표임. 특히, 전단금형에 필요한 분말 소재 및 공정 기술은 세계 어디에도 없으며, 안정적인 수명 확보에 도달하며 세계 최초 기술 및 경제성 확보가 가능할 것으로 사료됨. 현재 해외 분말 소재를 적용한 연구를 수행하였으나 해당 적층공정과 금형개발기술을 선점하여 향후 국산화 분말기술개발에도 유리한 고지를 확보할 수 있음.

적용 분야
〇 적층 제조 기술 적용 프레스 금형, 사출 금형
〇 국방, 항공, 자동차 등 금속 표면 물성확보 분야

(출처 : 초록 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 초록 ... 4
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 11
• 목차 ... 15
• 제 1 장 서론 ... 16
• 제 1 절 과제의 개요 ... 16
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 21
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 21
• 제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 23
• 제 3 절 수행 결과의 보안등급 ... 28
• 제 4 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리현황 ... 29
• 제 3 장 결과 ... 31
• 제 1 절 1차년 연구개발 결과 ... 31
• 제 2 절 2차년 연구개발 결과 ... 76
• 제 3 절 3차년 연구개발 결과 ... 133
• 제 4 절 정량적 목표 대비 실적 표 ... 210
• 제 5 절 연구개발 추진 체계 ... 211
• 1. 각 기관/기업별 역할 및 추진 내역 ... 211
• 제 6 절 R&D 도전과 배움 ... 213
• 1. R&D 전주기별 경험(한계→극복과정→배움) ... 213
• 2. 연구개발 중 발생한 파생성과 ... 217
• 제 7 절 고용 창출 효과 ... 218
• 제 8 절 자체보안관리진단표 ... 220
• 제 4 장 사업화 계획 ... 224
• 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 224
• 제 2 절 사업화 계획 ... 228
• 1. 사업화 소요기간, 예상매출 규모, 시장점유율, 마케팅 계획 등 ... 228
• 제 3 절 향후 추가 기술 개발 계획(개발기술 응용 등) ... 236
• 부록. 시험성적서, 도면, 설계도 ... 239
• 끝페이지 ... 263